Biodegradable polymer composites based on polylactide used in selected 3D technologies

As part of the work, new polymer materials were used in 3D printing, which can be used in three technologies depending on the apparatus used: Fused Filament Fabrication (FFF), Melted and Extruded Manufacturing (MEM), Melt Extrusion Polymers (MEP). As part of the work, the properties of obtained polymer composites were examined. Polylactide (PLA) was used as the matrix, and powdered natural ground fillers were used as fillers: bamboo dust (PB), cork dust (PK) and wood dust (PD). In the first part of the work, filaments were received from the tested composites using the filament preparation line made by METACHEM in Torun for use in 3D printers. Samples for mechanical tests were obtained from the filaments thus received by means of an MEP printer and after granulation by injection molding. In the next part of the work, rheological, mechanical and structural properties of obtained composites were examined. It was found that the addition of natural fillers increased the fluidity of the obtained polymeric materials in the case of composite with addition of PK even by 48.73% compared to unfilled PLA. It was also observed that the composites obtained had lower Charpy impact strength, Rockwell hardness and tensile strength. Observation of the microstructure of the composites using SEM confirmed the even distribution of natural fillers in the polymer matrix, which proves well-chosen parameters of their homogenization in the polymer matrix.

Otrzymano nowe materiały polimerowe do zastosowań w druku 3D, które można wykorzystywać, zależnie od stosowanego aparatu, w trzech technologiach: Fused Filament Fabrication (FFF), Melted and Extruded Manufacturing (MEM), Melt Extrusion Polymers (MEP). Zbadano właściwości wytworzonych kompozytów polimerowych. Jako osnowę zastosowano polilaktyd (PLA), a w charakterze napełniaczy użyto sproszkowanych w postaci pyłu naturalnych cząstek: bambusa (PB), korka (PK) oraz drzewnych (PD). Z badanych kompozytów otrzymano filamenty z wykorzystaniem zaprojektowanej i wykonanej przez METACHEM w Toruniu linii do wytwarzania filamentu stosowanego w drukarkach 3D. Z tak uzyskanych filamentów wykonano próbki do badań mechanicznych za pomocą drukarki MEP oraz, po zgranulowaniu, metodą wtryskiwania do formy. Zbadano właściwości reologiczne, mechaniczne oraz strukturalne otrzymanych kompozytów. Stwierdzono, że dodatek naturalnych napełniaczy spowodował zwiększenie płynności materiałów polimerowych, w wypadku kompozytu z dodatkiem PK nawet o 48.73% w stosunku do płynności nienapełnionego PLA. Stwierdzono, że otrzymane kompozyty wykazywały mniejsze: udarność według Charpy'ego, twardość według Rockwella oraz wytrzymałość przy rozciąganiu. Obserwację mikrostruktury badanych kompozytów za pomocą SEM potwierdziły równomierny rozkład cząstek naturalnych napełniaczy w osnowie polimerowej, co świadczy o dobrze dobranych parametrach procesu ich homogenizacji.